基于多指標綜合評估法的特種設備固有風險分類分級方法研究

劉致雙，金志浩，戚作秋

（1.沈陽化工大學，遼寧 沈陽 110142；2.遼寧省安全科學研究院，遼寧 沈陽 110004）

特種設備是指鍋爐、壓力容器、壓力管道、起重機械、電梯、客運索道、大型游樂設施、廠內專用車輛八類設備的總稱。伴隨著工業社會的蓬勃發展，特種設備的需求量也越來越大。據統計，截至2020年底，全國特種設備總數達到1648.41萬臺，其中包括：鍋爐35.59萬臺、壓力容器439.63萬臺、電梯786.55萬臺、起重設備253.84萬臺、客運索道1103條、大型游樂設施2.48萬套、廠內專用車輛130.21萬臺、氣瓶1.79億只、壓力管道101.26萬公里，由此可知，我國目前特種設備數量龐大，同歷年數據相比每年仍處遞增趨勢。隨著特種設備數量的增長，特種設備安全管理工作難度也隨之增加，全國特種設備整體事故率雖然整體向好，但其安全形勢仍不容忽視，2020年全國發生特種設備相關事故107起，死亡106人，與2019年相比，事故起數減少23起，降幅17.7%，死亡人數減少13人，降幅10.9%，特種設備事故與發達國家相比仍然很大，特種設備的安全監管仍需加強，監管方式方法有待提升，很有必要采取風險管理理論，推動特種設備風險的分類分級監管，根據風險等級不同優化企業管理資源配置和監管部門資源配置。

本文主要針對特種設備使用單位的整體特種設備固有風險進行研究分析，建立了評估指標體系，包括：特種設備數量、事故死亡人數、受傷人數、直接經濟損失以及介質等影響因子，建立了固有風險分級模型。根據八大類特種設備事故歷史數據，結合多指標綜合評價法對企業中的特種設備進行整體固有風險評估。在評估過程中運用了熵權法對評價指標賦權，客觀的反映出指標間的重要性。首次提出了企業特種設備整體固有風險的評價方法，解決了企業特種設備整體固有風險分級問題。

1 風險評估指標體系建立

多指標綜合評價法是對目標從多個角度進行綜合評價的方法，每個不同的角度設置指標，將多個指標轉化為一個能綜合反映目標實際情況的指標進行評價。對企業內特種設備整體固有風險評價時，需要面多不同種類不同數量的特種設備，設備之間差異性大，易出現極值影響評價結果的意義。本文從每類特種設備事故后果入手，建立指標體系，運用熵權法對指標賦權，最后完成特種設備整體固有風險評價大體框架。由于鍋爐、壓力容器、壓力管道這三類特種設備部分介質涉及到危險化學品，需要考慮介質對設備危險程度的影響。本文根據《危險化學品重大危險源辨識》對介質評價，確定介質對鍋爐、壓力容器、壓力管道類特種設備的影響因子，將介質影響因子與對應設備評價結果相乘，計算出該類特種設備的固有風險值。將所有種類的特種設備固有風險值相加，計算出被評價企業特種設備整體固有風險值。最后，通過對某縣區所有企業進行計算，得出結果后經專家討論劃分企業整體特種設備固有風險等級流程圖如圖1所示。

圖1 研究過程思維圖

1.1 建立指標體系

固有風險是指設備發生事故時造成影響的大小。決定企業內所有特種設備整體固有風險的主要因素為每種特種設備的事故發生時的危害程度和特種設備數量。本文從事故后果的三個因素建立評價指標：平均每起事故死亡人數、受傷人數、直接經濟損失，以此代表每種特種設備發生事故時的嚴重程度。所有評價指標有：特種設備數量等級Xi1、平均每起事故死亡人數等級Xi2、平均每起事故受傷人數等級Xi3、平均每起事故直接經濟損失等級Xi4。關系式如式（1）所示：

式中，P為固有風險；R為介質影響因子系數；ω2、3、4為指標權重。i對應八大類特種設備，鍋爐為1、壓力容器為2、壓力管道為3、電梯為4、起重機械為5、客運索道為6、大型游樂設施為7、廠內專用車輛為8。

1.2 數據標準化

收集近年特種設備事故數據，計算出每類特種設備平均每起事故的死亡人數、受傷人數、直接經濟損失。將近年各類特種設備事故數據進行匯總，對數據進行標準化處理，經標準化處理公式，如式（2）所示：

式中，Xij為標準化之前的值；Yij為標準化之后的值。

計算后處理結果如表1。

表1 事故影響指標標準化

1.3 指標賦權

完成歷年事故數據標準化后，對代表事故后果的三個指標，平均每起事故死亡人數等級Xi2、平均每起事故受傷人數等級Xi3、平均每起事故直接經濟損失等級Xi4，進行賦權。因為特種設備較多且數據復雜，為了保證客觀性，本文使用熵權法來計算這三個指標的權重。根據信息論中信息熵的定義，信息熵計算公式如式（3）所示：

式中：

如果pij=0，則定義

根據上面歸一化處理后的值，計算出信息熵，結果如下E2=0.920、E3=0.813、E4=0.821。最后通過信息熵計算各指標的權重，公式如式（4）所示：

得出，平均每起事故死亡人數等級、平均每起事故受傷人數等級、平均每起事故直接經濟損失等級三個的指標權重，如下ω2=0.179、ω3=0.419、ω4=0.402。

1.4 劃分指標等級

在指標數據進行標準化處理后，對指標進行分級。首先對特種設備數目這一指標(Xi1)設置為5個階段，(0—20)、[20—60)、[40—60)、[60—80)、[80—80以上)，數量等級分別對應1、2、3、4、5級。根據我國歷年各類特種設備數量占比，對每種特種設備分級。

將我國各類特種設備數量占比分別與總數量等級劃分集相乘，得出各類特種設備數量等級劃(Xij)分，結果如下：

鍋爐數量等級(X11)：(0-1]臺直接3級；(1-1以上)臺直接5級。

壓力容器數量等級(X21)：(0-5]臺為1級；(5-10]臺為2級；(10-15]臺為3級；(15-21]臺為4級；(21-21以上)臺為5級。

壓力管道數量等級(X31)：(0-0.71]km為1級；(0.71-1.42]km為2級；(1.42-2.13]km為3級；(2.13-2.84]km為4級；(2.84-2.84以上)km為5級。

電梯數量等級(X41)：(0-8]臺為1級；(8-17]臺為2級；(17-26]臺為3級；(26-35]臺為4級；(35-35以上)臺為5級。

起重機械數量等級(X51)：(0-3]臺為1級；(3-6]臺為2級；(6-9]臺為3級；(9-12]臺為4級；(12-12以上)臺為5級。

客運索道數量等級(X61)：[1-1以上)條直接5級。

大型游樂設備數量等級(X71)：[1-1以上)套直接5級。

廠內專用車輛數量等級(X81)：(0-1]臺為1級；(1-2]臺為2級；(2-4]臺為3級；(4-5]臺為4級；(5-5以上)臺為5級。

對平均每起事故死亡人數(Xi2)、受傷人數(Xi3)、直接經濟損失(Xi4)數據進行標準化處理后，進行分級處理[0-0.2]、(0.2-0.4]、(0.4-0.6]、(0.6-0.8]、(0.8-1]，對應1、2、3、4、5級，近年分布結果如表2所示。

表2 近年事故數據等級表

1.5 介質影響因子評價

在特種設備整體風險評估中，某些特種設備（如鍋爐、壓力容器、壓力管道）的工作介質可能為危險化學物質，對這三類特種設備的固有風險產生巨大影響。

由于含有危險化學物質的特種設備在特種設備總量中占比極少，從宏觀事故數據指標很難反映出含有危險化學物質的特種設備固有風險，所以加入介質影響因子彌補這一不足。本文對介質影響因子分為五個級別：一級危險介質影響因子系數1.5、二級危險介質影響因子系數2、三級危險介質影響系數2.5、四級危險介質影響系數3、五級危險介質影響系數3.5（如果無介質或介質不屬于危險化學品，則系數為1）。

《危險化學品重大危險源辨識》中計算重大危險源公式，如式（5）所示：

式中，R為重大危險源分級指標；α為重大危險源廠區外人員暴露校正系數；βi為危險化學品校正系數；qi為該類危險化學品實際存量；Qi為該類危險化學品臨界量。

由公式（5）可以反映出廠內危險物質的危險程度?！段ｋU化學品重大危險源辨識》中R是對重大危險源分級的指標，而對企業特種設備隱患排查固有風險評價時，絕大部分企業特種設備工作介質中危險化學品含量達不到重大危險源，因此對危險介質評級時對R值重新定級，R在(0-0.2]區間為一級危險介質影響因子、R在(0.2-0.4]區間為二級危險介質影響因子、R在(0.4-0.6]區間為三級危險介質影響因子、R在(0.6-0.8]區間為四級危險介質影響因子、R在(0.8-0.8以上)區間為五級危險介質影響因子。

1.6 評價體系整合

綜上所述，建立企業特種設備固有風險評價標準，如表3所示。

表3 企業特種設備固有風險評價表

表中A1-8分別為鍋爐、壓力容器、壓力管道、電梯、起重機械、客運索道、大型游樂設施、廠內專用車輛。

將被評價企業特種設備種類、數量、介質情況輸入到表格中，由式（1）計算出的企業風險總值，計算結果越高，企業的風險越大。以某縣區所有涉及特種設備的企業為模板，綜合多家企業案例與專家討論，對企業特種設備固有風險進行分級，分值在(0-15]、(15-30]、(30-45]、(45-45以上]四個區間，對應風險等級為藍、黃、橙、紅。

2 應用實例

本文對某縣區兩家涉及特種設備企業作舉例進行計算，企業情況如下：企業A：起重設備86臺，對應設備數量等級為5級；廠內專用車輛5臺，對應設備數量等級為4級（機械制造類廠家）（詳見表1）。

表4 企業A特種設備固有風險評價表

企業A為機械制造類企業，企業規模大，起重設備數數量高達85臺，起重量最大的起重設備其起重量高達100噸，不涉及危險化學品。專家現場走訪對該企業特種設備固有風險定級為黃色。用本文研究方法計算得出企業A特種設備整體固有風險數值為23.97，風險等級黃色，與專家現場意見相同。

企業B：鍋爐2臺，設備數量等級為2級；壓力容器22臺，設備數量等級為3級；壓力管道1km，設備數量等級為4級；電梯1臺，設備數量等級為1級；廠內專用車輛2臺，設備數量等級為2級（化工制藥企業），詳見表2。

企業B為化工制藥類企業，特種設備種類多數量大，且涉及到危險化學品。專家現場走訪，對企業特種設備固有風險定級為紅色。用本文的方法計算得出企業B特種設備整體固有風險值為57.46，風險等級為紅色，與專家意見相同。

經過以上案例、專家意見和現場情況相比較，可以得出本文的評判方法，與實際情況相符，可以科學的評判出企業的特種設備整體固有風險。

表5 企業B特種設備固有風險評價表

3 結語

在特種設備檢查過程中，由于各類特種設備差異過大，如鍋爐與叉車的固有風險相比，鍋爐涉及物理或化學爆炸，而叉車涉及車輛傷害，從危險能量的角度相比差距非常巨大，如果直接放在一個體系里相比，會出現極值的情況，使評價結果失去意義。本文運用多指標綜合評價法，從歷年各類特種設備事故數據入手，計算出每類特種設備平均每次事故的死亡人數、受傷人數、經濟損失。根據上面的數據和被檢查企業特種設備數量分布，建立四個評價指標和一個介質影響因子，并對指標和介質影響因子進行標準化處理劃分等級，再運用熵權法對指標進行賦權，經過以上計算得出了企業特種設備固有風險值確定企業固有風險等級。這次研究主要為了解決政府部門對企業進行檢查時給企業確定固有風險的問題，只需要統計近年來的數據，定下分級與權重，就可以通過客觀的計算一次性的對轄區內的多家企業進行固有風險評估。解決了特種設備種類差異大易出現極值，難以對多種類特種設備進行固有風險評價的難題。改善了目前缺乏一種數值性特種設備固有風險隱患排查方法的這一局面。為有關部門進行企業特種設備固有風險評價，提供了新的方法。